Quandu una corrente hè appiicata à una fina capa di diselenidu di tungstenu, cumencia à brilla in una moda assai inusual. In più di u lume ordinariu, chì altri materiali semiconductor ponu emette, u diselenidu di tungstenu pruduce ancu un tipu assai speziale di luminosu quantum luminoso, chì hè creatu solu in punti specifichi di u materiale. Hè custituitu da una seria di fotoni chì sò sempre emessi unu per unu, mai in coppie o in mazzi. Stu effettu anti-bunching hè perfettu per esperimenti in u campu di l'infurmazione quantistica è a criptografia quantistica, induve i fotoni unichi sò necessarii. Tuttavia, per anni, sta emissione hè stata un misteru.

I ricercatori di TU Vienna anu avà spiegatu questu: Una interazzione sottile di difetti atomichi unichi in u materiale è a tensione meccanica sò rispunsevuli di questu effettu di luce quantistica. Simulazioni di computer mostranu cumu l'elettroni sò guidati in lochi specifichi in u materiale, induve sò catturati da un difettu, perde energia è emettenu un fotonu. A suluzione à u puzzle di luce quantistica hè stata publicata in Lettere di Revisione Fisica.

Solu trè atomi grossi

U diselenidu di tungstenu hè un materiale bidimensionale chì forma strati estremamente sottili. Tali strati sò solu trè strati atomichi grossi, cù l'atomi di tungstenu in u mità, accumpagnati à l'atomi di seleniu sottu è sopra. "Se l'energia hè furnita à a strata, per esempiu, applicà una tensione elettrica o irradiendu cù luce di una lunghezza d'onda adatta, cumencia à brillà", spiega Lukas Linhart da l'Istitutu di Fisica Teorica in a TU Vienna. "Questu in sè stessu ùn hè micca inusual, parechji materiali facenu cusì. Tuttavia, quandu a luce emessa da u diselenide di tungstenu hè stata analizata in dettagliu, in più di a luce ordinaria hè stata rilevata un tipu speciale di luce cù proprietà assai inusual.

Questa luce quantistica di natura speciale hè custituita da fotoni di lunghezze d'onda specifiche - è sò sempre emessi individualmente. Ùn succede mai chì dui fotoni di a stessa lunghezza d'onda sò rilevati à u stessu tempu. "Questu ci dice chì sti fotoni ùn ponu micca esse pruduciuti casualmente in u materiale, ma chì ci deve esse certi punti in a mostra di diselenide di tungstenu chì pruduce parechji di sti fotoni, unu dopu à l'altru", spiega u prufessore Florian Libisch, chì a so ricerca si focalizeghja nantu à dui. - materiali dimensionali.

Spiegà stu effettu richiede una cunniscenza dettagliata di u cumpurtamentu di l'elettroni in u materiale à un livellu fisicu quantum. L'elettroni in diselenidu di tungstenu ponu occupà diverse stati energetichi. Se un elettrone cambia da un statu di alta energia à un statu di energia più bassa, un fotonu hè emessu. In ogni casu, questu saltu à una energia più bassa ùn hè micca sempre permessu: L'elettrone deve aderisce à certe lege - a cunservazione di u momentu è u momentu angulare.

A causa di sti liggi di cunservazione, un elettrone in un statu quantum d'alta energia deve stà quì, salvu chì certe imperfezioni in u materiale permettenu i stati di l'energia per cambià. "Una capa di diselenidu di tungstenu ùn hè mai perfetta. In certi lochi, unu o più atomi di seleniu pò esse mancanti ", dice Lukas Linhart. "Questu cambia ancu l'energia di i stati elettroni in questa regione".

Inoltre, a capa di materiale ùn hè micca un pianu perfettu. Cum'è una manta chì s'arruga quandu si sparghje nantu à un cuscinu, u diselenide di tungstenu si stende in u locu quandu a capa di materiale hè sospesa nantu à e strutture di supportu chjuche. Queste tensioni meccaniche anu ancu un effettu nantu à i stati di l'energia elettronica.

"L'interazzione di i difetti di materiale è i ceppi lucali hè cumplicata. Tuttavia, avemu avà riesciutu à simulà i dui effetti nantu à un computer ", dice Lukas Linhart. "È risulta chì solu a cumminazione di questi effetti pò spiegà l'effetti di luce strani".

À quelli rigioni microscòpichi di u materiale, induve i difetti è i ceppi di a superficia appariscenu inseme, i livelli d'energia di l'elettroni cambianu da un statu di energia alta à bassa è emettenu un fotonu. E liggi di a fisica quantistica ùn permettenu micca chì dui elettroni à esse in u stessu statu à u stessu tempu, è per quessa, l'elettroni deve esse sottumessi à stu prucessu unu à unu. In u risultatu, i fotoni sò emessi unu à unu, ancu.

À u listessu tempu, a distorsione meccanica di u materiale aiuta à accumulà un gran numaru d'elettroni in a vicinanza di u difettu in modu chì un altru l'elettrone hè prontamente dispunibule per passà dopu chì l'ultimu hà cambiatu u so statu è emessu un fotonu.

Stu risultatu illustra chì i materiali ultrathin 2-D aprenu pussibulità completamente novi per a scienza di i materiali.